IT-OT: l’integrazione che guida l’industria 4.0

La convergenza tra tecnologie operative e IT è fondamentale per realizzare gli obiettivi dell’industria 4.0, e sviluppare nelle imprese manifatturiere resilienza, efficienza e innovazione, nonostante le sfide tecnologiche e organizzative.

“La trasformazione richiede convergenza”, ricorda la società di consulenza Capgemini, e questo è il caso di IT e OT. Tecnologia dell’informazione (IT) e tecnologia operativa (OT) rappresentano domini tradizionalmente distinti, ma oggi sempre più convergenti, per chiudere il cerchio della trasformazione digitale, e completare un lungo percorso di evoluzione e innovazione che promette di trarre dal paradigma Industria 4.0 i massimi benefici di business.

Da M2M a Industrial IoT, come cambia l’architettura di comunicazione

Con Industria 4.0, i computer, dispositivi, sensori, attuatori che controllano macchinari nei processi manifatturieri, da “standalone”, indipendenti, diventano connessi in rete, e in grado di comunicare tra loro.

Un esempio è la comunicazione machine-to-machine (M2M), che consente lo scambio di dati tra macchine, e l’attuazione di operazioni, senza intervento umano. Tale tecnologia ha molta storia alle spalle, ma è comunque in continua transizione: dai classici sistemi M2M, generalmente confinati in ambienti di fabbrica o impianti isolati, disconnessi da Internet, e collegati tra loro tramite connessioni dirette punto-punto (P2) su reti wired o wireless, si sta progressivamente migrando verso architetture di networking e applicazioni molto più distribuite ed estese, in cui gli elementi predominanti, e gli anelli di congiunzione con l’IT, sono la Industrial Internet of Things (IIoT), il cloud, i sensori, attuatori e dispositivi di campo “intelligenti”, le connessioni multipunto, la tecnologia 5G, l’integrazione di 5G con il time-sensitive networking (5G-TSN).

Industria 4.0 prevede infatti un percorso di implementazione che va oltre la comunicazione tra macchine nell’ambiente di fabbrica. Per compiersi pienamente, e concretizzare scenari applicativi come le smart factory e lo smart manufacturing, questa quarta rivoluzione industriale innescata da Industria 4.0 richiede necessariamente una sempre più profonda integrazione con i sistemi IT che governano i processi di business. Per ridurre la latenza nei processi collaborativi di progettazione, fabbricazione, quotazione, spedizione dei prodotti, la società di ricerca e consulenza Forrester consiglia ai decisori dell’industria manifatturiera di colmare il divario tra i sistemi IT, nei propri uffici, e i sistemi OT, che popolano fabbriche, magazzini, laboratori.

Convergenza IT-OT, un percorso ineludibile per le imprese manifatturiere

Far convergere il mondo OT con il mondo IT significa integrare le attrezzature di automazione e controllo dei dispositivi, macchinari, impianti, infrastrutture di produzione industriale, con i sistemi informativi e i data center aziendali.

Questa integrazione tra ambiente fisico e digitale dà origine a sistemi cyberfisici (CPS) che, sul versante realizzativo, aprono la strada a tutta una serie di nuove sfide tecnologiche e di riorganizzazione dei processi, a vari livelli.

Valutando però i benefici, tali sistemi risultano cruciali per riuscire a compiere un nuovo salto di qualità sul piano della produttività e dell’efficienza di gestione delle imprese manifatturiere, e anche per sviluppare nuovi modelli di business.

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Resilienza operativa e “product servitization”

In primo luogo, le emergenze sanitarie, le guerre, le tensioni geopolitiche hanno ampiamente dimostrato di generare turbolenze economiche e incertezza nei mercati globali, in grado di causare contraccolpi ed effetti devastanti sul funzionamento di supply chain ormai palesemente fragili da tale punto di vista.

La mancanza di adeguata capacità previsionale e visibilità sulle variazioni di disponibilità di materie prime e componenti nelle catene di fornitura, sui relativi prezzi, sui costi dei trasporti e delle operazioni logistiche, mette seriamente a rischio la sopravvivenza delle aziende di produzione, per le quali diventa più che mai prioritario potenziare la resilienza operativa, attraverso una più profonda digitalizzazione e interconnessione della tecnologia e dei processi OT con i sistemi IT. Riuscire a rendere la capacità produttiva più agile e flessibile in rapporto alle dinamiche della domanda diventa insomma un imperativo categorico per continuare a competere in scenari imprenditoriali sempre più complessi e difficili.

In secondo luogo, sul piano dei modelli di business, anche per il settore manufacturing sembra davvero finito il tempo in cui il prodotto è l’elemento preponderante dell’offerta che differenzia un’azienda da un’altra. La “servitizzazione” della manifattura si esprime oggi in modelli di commercializzazione e creazione del valore che, assieme al prodotto, al macchinario industriale, offrono all’utente finale tutta una serie di sofisticati servizi digitali, indirizzati a personalizzare e ottimizzare di continuo l’utilizzo e il funzionamento del macchinario stesso, sfruttando il potenziale di Intelligenza artificiale (AI), apprendimento automatico (Machine learning – ML), Digital twin (DT). Ad esempio, acquisendo i dati generati dai dispositivi di campo e rilevati dai sensori IoT smart connessi alle attrezzature di fabbrica, le piattaforme Industrial IoT (IIoT) “edge-to-cloud” sono in grado di analizzare dati storici e real-time, ed elaborare algoritmi di manutenzione predittiva che aiutano a ottimizzare i piani d’intervento, riducendo i tempi di inattività delle linee di produzione e il numero di downtime imprevisti.

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Industria 4.0 e tecnologia operativa, OT e IT sempre più integrate 

Valutato 114,3 miliardi di dollari nel 2023, il mercato globale Industria 4.0, stando alle stime della società di ricerche Global Market Insights (GMI), è previsto raggiungere 555,1 miliardi di dollari nel 2032, crescendo con un CAGR (tasso annuo di crescita composto) pari al 20,2% nel periodo della previsione (2024 – 2032).

In Italia, secondo i più recenti dati dell’Osservatorio Transizione Industria 4.0 del Politecnico di Milano, nel 2020 il comparto Industria 4.0 ha raggiunto un valore di 4,1 miliardi di euro, con una crescita dell’8%, trainata soprattutto dalle tecnologie IT, che rappresentano l’85% della spesa, contro il 15% delle tecnologie OT (operational technology). Gli investimenti delle imprese manifatturiere, indica lo studio, si sono concentrati soprattutto su progetti di connettività e acquisizione di dati. Ciò fa comprendere quanta strada nel nostro paese resti ancora da percorrere per una più sostanziale integrazione dei sistemi OT con le applicazioni IT.

Il trend globale di crescente convergenza IT-OT è tuttavia testimoniato dall’espansione del comparto OT che, secondo la società di ricerca e consulenza Virtue Market Research, passerà, dai 96,34 miliardi di dollari del 2022, a 280,66 miliardi di dollari entro il 2030, con un CAGR del 14,3% (2023 – 2030). Tra i fattori che guidano la continua integrazione IT-OT, lo studio pone in primo piano la riduzione dei costi, attraverso la capacità di massimizzare l’uso delle risorse e dell’energia, controllando e monitorando con precisione questi complessi sistemi in maniera più diretta. Senza dimenticare che l’abilità di analizzare dati IT-OT su scala geografica, e ottenere insight in tempo reale, può aiutare, specie i dirigenti e manager di multinazionali in industrie come quella manifatturiera, mineraria, petrolifera, o dei trasporti, a migliorare l’efficienza delle operazioni OT-IT aziendali e dei processi decisionali.        

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Tecnologia OT, le molte sfide d’integrazione e digitalizzazione

Va subito chiarito che, per determinare un impatto positivo sul business, le iniziative d’integrazione OT-IT non possono limitarsi alla mera implementazione tecnologica, ma implicano la riorganizzazione di processi, procedure di lavoro, l’attuazione di strategie di formazione e change management orientate a trasformare la cultura e la mentalità del personale nello svolgimento delle varie mansioni. Ciò detto, la convergenza di questi due domini tecnologici si rivela generalmente complessa da attuare, principalmente a causa delle differenze che contraddistinguono la tecnologia OT rispetto all’IT.

Attrezzature e sistemi OT includono dispositivi di campo e dispositivi di controllo, tra cui sensori, attuatori, PLC (Programmable logic controller), PAC (Programmable automation controller), SCADA (Supervisory control and data acquisition), ICS (Industrial control system), DCS (Distributed control system), dispositivi HMI (Human-machine interface). Monitorando e controllando il funzionamento di linee di produzione, impianti e delicati processi industriali, per ragioni di sicurezza, i sistemi OT, storicamente,  nascono “air-gapped”, per restare fisicamente isolati dai sistemi IT.

I sistemi OT sono caratterizzati da tecnologia legacy, con un ciclo di vita lungo anche decenni, difficilmente concepibile per chi opera nell’amministrazione di sistemi e attrezzature IT.

Le applicazioni OT sono costituite da sistemi embedded e apparati hardware-software sviluppati ad hoc per eseguire funzioni specifiche. Si tratta di attrezzature e dispositivi “rugged”, dotati di particolare robustezza, adatti a operare con elevata disponibilità e affidabilità nel tempo in ambienti industriali difficili, dove le condizioni estreme di temperatura, umidità, vibrazioni, polvere, sporcizia, interferenza elettromagnetica (EMI) danneggerebbero i computer e server ordinari, tipicamente installati in uffici e data center climatizzati.

A livello di networking, i sistemi OT eseguono le funzioni di automazione e controllo comunicando attraverso una varietà di protocolli industriali (Modbus, CIP, CC-Link, Profinet, EtherCAT), spesso per gestire processi “mission-critical” e “safety-critical”.

Questi ultimi, a differenza dei processi e delle applicazioni IT, si concentrano soprattutto su affidabilità e sicurezza fisica delle infrastrutture, richiedono requisiti di funzionamento real-time (hard real-time o soft real-time) e un comportamento deterministico del sistema.

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Dalla necessità di coordinamento, ai crescenti rischi di cybersecurity

L’eterogeneità tecnologica esistente tra OT e IT, i differenti requisiti che tali applicazioni devono soddisfare, l’utilizzo di diversi strumenti di amministrazione, l’eistenza di silos informativi nei vari reparti, non facilitano la collaborazione tra team dei due domini e, tantomeno, il raggiungimento di una visione e una data governance olistica sulle operation aziendali. L’integrazione infrastrutturale può richiedere l’introduzione di nuovi tool per l’acquisizione e l’analisi unificata dei dati OT e IT, l’aggiornamento dell’hardware OT datato con nuovi dispositivi e componenti, per consentire la comunicazione con l’IT e il cloud attraverso connessioni wired o wireless.

Oltre a tutto ciò, per rendere affidabile la convergenza IT-OT, e creare nuovo valore di business, indica uno studio di settore di Info-Tech Research Group, la sfida cruciale da affrontare resta la cybersecurity. L’integrazione della tecnologia OT nella sfera IT aumenta notevolmente le potenziali vulnerabilità, e la superficie esposta a minacce e attacchi cibernetici di varia natura. Un fattore aggravante è poi il fatto che un’azione di hacking su un sistema cyberfisico può determinare conseguenze ben più gravi rispetto a quelle che può subire un’infrastruttura IT: si pensi, ad esempio, agli impatti causati dai crescenti e recenti attacchi perpetrati a danno di varie categorie di infrastrutture critiche, come quelle di Colonial Pipeline.

La natura legacy dei sistemi OT rende problematica la comunicazione con i moderni protocolli e tool di gestione della sicurezza IT, riducendo anche la visibilità sugli endpoint OT connessi.

In aggiunta, spesso l’hardware OT è basato su firmware e software non originariamente progettato per la connessione Internet e la protezione da attacchi cibernetici. I processi, le regole, le politiche di security dell’OT sono differenti da quelli dell’IT: ad esempio, le pratiche di applicazione delle patch di correzione delle vulnerabilità, comuni nel mondo IT, sono spesso inapplicabili sui sistemi e le attrezzature OT.

L’applicazione di patch o modifiche della configurazione può infatti causare malfunzionamenti, o richiedere downtime non tollerabili nella tecnologia operativa, che regola l’automazione e il controllo del delicato funzionamento di processi e applicazioni industriali.

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